Практическая работа №1. Задание. Методические указания. Марка стали. Содержание элементов, % по массе

Практическая работа №1

Тема: Выбор и обоснование категории марки судостроительной стали

Цель: Научиться выбирать сталь для изготовления корпуса судна

Оборудование:

1. Методические указания к практической работе, учебник, конспект лекций, МРС

Задание

1. Выбрать материал для изготовления конструкции, дать его характеристику, расшифровать марку.

2. Составить таблицу с указанием химического состава и механических свойств материала.

Таблица 1 - Химический состав стали

Марка стали	Массовое содержание элементов, %
	С более	Мn	Si	P	S	Cr Не более	Ni Не более	Cu Не более
	Не более	Мn	Si	Не более

Таблица 2 - Механические свойства стали

Марка стали	Временное сопротивление, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %

3. Указать требования к судостроительной стали

4. Указать температуру испытаний данной стали и определить район плавания для судна изготовленного из этой стали.

5. Сделать вывод

Методические указания

Основным материалом для постройки и ремонта судов служит углеродистая сталь, а для ряда морских и смешанного плавания («река — море») судов — низколегированные стали, обладающие повышенной прочностью и облегчающие массу корпуса. При изготовлении и ремонте корпусных конструкций судов используют только стали по ГОСТ 5521—67.

Судостроительные стали в зависимости от их основных характеристик и назначения изготовляют следующих марок:
углеродистая — С, ВМСт3сн (по ГОСТ 380—71);
низколегированная — 09Г2, 09Г2С, 10Г2С1Д, 10ХСНД (по ГОСТ 5521—67).

Помимо стали ВМСт3сп, металлургические заводы поставляют стали марок: ВМСт3пс, ВМСт3кп, ВКСт3сп, ВКСт3пс, ВКСт3ки (ГОСТ 380—71).

Углеродистую сталь С применяют для постройки и ремонта морских судов; углеродистую сталь ВМСт3сп обыкновенного качества— судов внутреннего и смешанного («река — море») плавания.

Судостроительная сталь должна: обладать некоторой устойчивостью против коррозии (в воде и на воздухе); выдерживать обработку в горячем и холодном состояниях; хорошо свариваться дуговой сваркой; выдерживать загиб на 180° в холодном состоянии по оправке.

Углеродистые стали отличаются малым содержанием углерода (0, 14—0, 22%), серы и фосфора (не более 0, 05% каждого). Сера придает металлу красноломкость, а фосфор — хладноломкость. При красноломкости металл трескается и ломается в нагретом состоянии; хладноломкость — способность металла снижать вязкость при пониженных температурах.

Низколегированные стали (вышеперечисленных марок) отличаются низким содержанием углерода (не более 0, 12%); в стали добавляют легирующие элементы: кремний, марганец, хром, никель, медь.

Сталь (в соответствии с ГОСТ 5521—67) поставляют в виде листового и профильного проката; различают:
толстолистовую сталь (толщина листов 4—56 мм); тонколистовую сталь (толщина листов 0, 9—3, 9 мм);, фасонную (или профильную) сталь (рис. 4): равнобокий угольник, неравнобокий угольник, швеллер (корытный профиль), двутавр, углобульб, полособульб, симметричный полособульб, люковый сегментный (полукруглый), круглые профили.

Конструктор при выборе подходящего материала для проектируемой детали (в зависимости от условий ее работы) должен учесть следующие свойства материала:

а) механические качества – временное сопротивление разрыву, предел текучести, твердость, ударную сопротивляемость и другие свойства, характеризующие прочность металла;

б) способность материала хорошо выдерживать технологический процесс при изготовлении данной детали: изгиб, штамповку, ковку и т. п., а также изменения в механических качествах, иногда вносимых обработкой металла

в) стойкость материала во время службы, старение, коррозию, эрозию, влияние на прочность низких или высоких температур: явления хрупкости, ползучести;

г) вес конструкции при выбранном материале и его стоимость.

В каждом частном случае конструктор при выборе материала руководствуется наличием в нем тех свойств из вышеуказанных, которые по условиям работы конструкции являются решающими. В одних случаях условия прочности являются решающими, в других – условия прочности не имеют значения и выбор определяется стойкостью против износа или против коррозии. Существенное влияние на выбор материала оказывает тип судна или механизма. Например, сталь для корпуса судна – это достаточная прочность (временное сопротивление, предел текучести) и способность хорошо выдержать технологический процесс – главные условия при выборе марки стали. Если судно коммерческого типа – выбирают марку простой углеродистой стали, учитывая ее дешевизну и оставляя на втором месте вес корпуса; если судно специальное – прибегают к сталям повышенного сопротивления, более дорогим, ставя на первое место облегчение корпуса и на второе его стоимость; в особых легких и небольших судах вместо стали используют алюминиевые сплавы

Стали нормальной и повышенной прочности. Стали наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к судокорпусным материалам. Они обеспечивают требуемый уровень характеристик прочности, пластичности и вязкости в течение длительного периода эксплуатации конструкций корпуса судна при различных температурах. Стали обладают удовлетворительной коррозионной стойкостью; технологичны при холодном и горячем деформировании; хорошо свариваются; допускают газовую и плазменную резку; их стоимость в сравнении с другими конструкционными материалами сравнительно низка, а входящие в их состав элементы не относятся к числу остродефицитных.

Современные отечественные судостроительные стали отвечают требованиям Международной ассоциации классификационных обществ (МАКО). В международной практике приняты унифицированные категории корпусных сталей (А, В, Д и Е), определяемые пределом текучести и работой удара при различных температурах. Как отмечалось в п. 5. 2, характеристики прочности и надежности достаточно полно отражают работоспособность (конструкционную прочность) сталей.

По прочностным свойствам стали для корпусных конструкций подразделяются на стали нормальной прочности с пределом текучести не менее 235 МПа (24 кгс/мм²) и стали повышенной прочности трех категорий: с гарантированными пределами текучести 315 (32), 355 (36) и 390 (40) МПа (кгс/мм²).

Стойкость к хрупкому разрушению сталей нормальной прочности оценивают по величине работы удара на образцах с острым надрезом при соответствующей температуре испытания. Прокат из стали марки (категории) А не подвергается испытаниям на ударный изгиб. Стали марок (категорий) В, Д и Е должны обеспечивать требуемую работу удара при температурах испытания соответственно 0, —20 и —40 °С. Чем выше требования к сопротивлению стали хрупкому разрушению, тем для более низких температур эксплуатации она предназначена (однако в любом случае температура испытания должна быть ниже рабочей температуры).

Механические свойства судокорпусных сталей нормальной и повышенной прочности устанавливает ГОСТ 5521—86 «Прокат стальной для судостроения», разработанный с учетом требований Регистра СССР и международных. В соответствии с указанным стандартом прокат из сталей нормальной прочности марок (категорий) А, В (любой толщины) и Д (толщиной до 12 мм) поставляется в горячекатаном состоянии; прокат из стали марки Д толщиной свыше 12 мм и из стали марки Е любой толщины поставляется в нормализованном состоянии.

Механические свойства должны удовлетворять требованиям: σ в = 400—490МПа (41—50 кгс/мм²); σ _Т≥ 235МПа (24кгс/мм²); δ > 22 %; KV не менее 15 Дж (1, 5 кгс·м) при толщине проката 5—7, 0 мм, не менее 24 Дж (2, 4 кгс·м) при толщине проката 7, 5—9, 5 мм и не менее 27 Дж (2, 7 кгс·м) при толщине проката 10 мм и более. Химический состав судостроительных сталей, удовлетворяющих данным требованиям, приведен в табл. 5. 1. Отечественными аналогами сталей марок (категорий) А, В, Д и Е по химическому составу являются низкоуглеродистые стали общего назначения, поставляемые по ГОСТ 380—87 в виде листового, сортового и фасонного проката:

	Mn	Si
ВСт3кп	0, 30—0, 60	Не более 0, 07
ВСт3пс	0, 40—0, 65	0, 05—0, 17
ВСт3сп	0, 40—0, 65	0, 12—0, 30
ВСт3Гпс	0, 80—1, 10	Не более 0, 15

В сталях этих марок содержится С — 0, 14—0, 22 %, Р — не более 0, 04 %, S — не более 0, 05 % (по требованию потребителя массовая доля серы должна быть не более 0, 04 %), Cr, Ni и Cu— по 0, 30 %, As — 0, 08 %.

Таблица 5. 1. Химический состав углеродистой судостроительной стали нормальной прочности (ГОСТ 5521—86)
Марка стали	Содержание элементов, % по массе
Марка стали	С, не более	Mn	Al
А	0, 22	0, 4—1, 0	—
В	0, 21	0, 4—1, 1	Не более 0, 06
Д	0, 21	0, 6—1, 4	0, 015—0, 06
Е	0, 18	0, 6—1, 4	0, 015—0, 06
Примечание. В сталях этих марок содержится Si 0, 15—0, 37%. Р и S — не более 0, 04%

Варианты заданий

Вариант 1. 09Г2С,

Вариант 2. 18Г2АФДпс

Вариант 3. 10Г2С1Д,

Вариант 4. 10ХСНД

Вариант 5. 14Г2

Вариант 6. 12ГС

Вариант 7. 17Г1С

Вариант 8. 15ГФ

Вариант 9. 15Г2СФ

Вариант 10. 09Г2

Вариант 11. 16Г2АФД

Вариант 12. 14ХГС

Вариант 13. 18Г2АФДпс

Вариант 14. 10Г2БД

Контрольные вопросы

1. Перечислите свойства материала, которые учитывают при выборе стали

2. Перечислите требования к судостроительным сталям

3. Что называется сталью?

4. От чего зависит выбор материала для корпуса судна?

5. Какие требуются материалы для изготовления корпусов судов и буровых установок, работающих в ледовых условиях Арктики? Перечислите характеристики этих материалов

6. Перечислите марки хладостойких высокопрочных сталей и для строительства каких судов они применяются?

7. Перечислите характеристики стали серии АБ

8. Преимущества плакированной стали в судостроении

9. Назовите важнейшие свойства стали, от которых зависит прочность корпусных конструкций и охарактеризуйте эти свойства

10. Какая величина определяет требования к проектируемым конструкциям, превышение которой создает опасное состояние, граничащее с разрушением?

11. Преимущества использования сталей категории Е